浅谈周宁抽水蓄能电站上水库副坝坝址区防渗设计

张 健，陈冬冬，淦浩华

（1.华电福新周宁抽水蓄能有限公司，福建 宁德，352000；2.华东勘测设计院（福建）有限公司，福建 福州，350003）

1 工程概况

周宁抽水蓄能电站位于福建省宁德市，装机容量1 200 MW，为一等大（1）型工程。电站枢纽主要由上水库、输水系统、地下厂房系统、地面开关站及下水库等建筑物组成。

周宁抽水蓄能电站上水库副坝位于上水库库盆南岸。因上水库为一近东西向狭长的沟源谷地，除库盆东侧需修建大坝外，库盆南岸地形上存在一低矮垭口，山脊最低高程低于正常蓄水位，需布置一副坝（碾压混凝土重力坝，最大坝高37.5 m，坝顶长度380.93 m）。该副坝坝址区地下水位及相对隔水层埋深较大，坝基渗漏及绕坝渗漏问题较突出，坝址区防渗设计尤为重要。

2 工程地质条件

副坝两岸山体较单薄。山顶高程732～740 m，垭口处中心地面高程713 m左右（水库正常蓄水位高程716 m）。坝址内侧山坡发育多条切割较深的冲沟，库外侧山坡坡度较陡，一般为36°～40°，造成地形单薄，右坝肩正常蓄水位时山体的水平最薄厚度仅72 m（含水库内外侧覆盖层及全风化层水平深度在内）。

坝址区覆盖层分布广、厚度大，主要为含碎石黏土，下伏流纹质晶屑凝灰熔岩，并伴有数条辉绿岩脉侵入。坝址区内构造发育，区域构造F10-1断层从坝基垭口穿过，通向库外并继续向副坝右坝头坝后山体延伸，宽约2～6 m，断层影响带宽度约5～10 m，为Ⅱ级结构面，断层带内为碎裂岩。还发育有数条小断层，断层宽度一般在0.03～0.40 m，断层带内多为碎裂岩、碎粉岩，断层影响带岩体破碎。

根据坝址区布置的勘探钻孔资料，坝址区节理裂隙发育，地下水位及相对隔水层埋深较大，一般都低于水库正常蓄水位。坝基开挖后，仍存在一定深度的弱透水性（1 Lu≤q＜10 Lu）岩层，坝基岩体以弱透水性为主，且厚度较大，一般厚22～48 m。左、右岸坝肩也分布一定宽度的弱透水性岩层，地下水位及相对隔水层埋深均较大，大都低于上水库正常蓄水位，坝基渗漏及绕坝渗漏问题较突出。

3 防渗设计

坝址区渗漏是大坝建设过程中需重点关注的问题，按其发生的渗漏部位可分为坝基渗漏和绕坝渗漏两种类型。坝基渗漏指通过坝基覆盖层及透水岩体向下游发生渗漏。坝基渗漏主要发生在大坝坝基范围内，在坝基防渗设计中，其防渗范围基本比较明确，一般为全坝段，其防渗深度的选取需根据实际地质条件确定。绕坝渗漏指绕过两岸坝肩向下游发生渗漏。绕坝渗漏发生在两岸坝肩及以外部位，绕渗范围与坝基防渗范围不同，并无直观数据可依，其防渗范围要根据坝址区实际地形地质条件而定。

周宁抽水蓄能电站上水库布置见图1，主坝右岸紧连上库进/出水口，随后接上水库副坝左岸，工程布置上呈折角连线。上水库库周地形封闭性整体较好，水库蓄水后主要考虑主坝坝基、主坝～副坝库岸（副坝左坝肩）、副坝坝基以及副坝右岸单薄山体段（副坝右坝肩）的渗漏问题。经计算，若上水库未进行防渗处理，其日渗漏总量超过总库容的10‱，超出了DL/T 5208-2005《抽水蓄能电站设计导则》建议的2‱～5‱的范围，因此进行副坝坝址区防渗处理是必要的，其防渗设计主要包括坝基防渗设计与坝肩防渗设计。

3.1 坝基防渗设计

坝基水位及相对隔水层埋深大，低于水库正常蓄水位，坝基按要求开挖至建基面后，全坝基仍存在一定的弱透水层，存在坝基渗漏问题。大坝基础进行全线帷幕灌浆处理。

根据不同坝高对相对隔水层透水率（q）标准、对防渗帷幕嵌入深度设计有不同要求：对混凝土重力坝，一般坝高小于50 m，可以q＜5 Lu为相对隔水层；对抽水蓄能电站，根据水库条件，一般可将1 Lu或3 Lu 岩层作为相对隔水层。根据周宁抽水蓄能电站上水库渗漏计算情况，副坝区帷幕灌浆深度按达到基础相对隔水层（q≤1 Lu）以下5 m 设计，以截断可能的渗流通道为原则（见图2）。

图2 坝基防渗设计Fig.2 Design of foundation seepage control of the auxiliary dam

3.2 左坝肩防渗设计

左坝肩紧接上水库进/出水口、上水库主坝，左坝肩防渗处理范围与主坝防渗设计连为一体，形成一道连续的防渗帷幕，有利于上水库的整体防渗（见图1）。

图1 周宁抽水蓄能电站上水库布置Fig.1 Upper reservoir dam of Zhouning pumped storage hydropower station

左坝肩防渗深度标准同坝基防渗标准，即按达到基础相对隔水层（q≤1 Lu）以下5 m设计。

3.3 右坝肩防渗设计

右坝肩库岸尤为单薄，该段正常蓄水位高于地下水位及相对隔水层，绕坝渗漏问题较突出。为了减少坝址绕坝渗流，降低两岸孔隙水压力，保证岸边坝块及山体的稳定，灌浆帷幕需要沿轴线向两端延伸一定距离，其延伸长度根据地质条件确定，考虑如下原则：（1）帷幕延伸至水库正常高水位与相对隔水岩层标准范围线在两岸的相交处；（2）帷幕延伸至水库正常高水位与水库蓄水前两岸的地下水位线相交处。

3.3.1 相对隔水层判定

右坝肩相对隔水层埋深较大，一般在高程700 m以下（见图3），远低于正常蓄水位716 m。若按帷幕延伸至水库正常蓄水位与相对隔水岩层标准范围线在两岸的相交处，则延伸长度将很大。

图3 右岸水文地质条件示意剖面Fig.3 Schematic profile of hydro-geological condition at the right bank of auxiliary dam

3.3.2 水库蓄水前的地下水位线判定

根据地质勘探成果，右坝肩往山体方向很长一段范围内，蓄水前的地下水位在正常蓄水位附近，且存在波动情况（见图3）。ZKS57～ZKS11 之间山体的地下水位存在不确定因素，具体影响因素有：

（1）ZKS57 孔地下水位714 m（低于正常蓄水位），ZKS11孔地下水位在728～730 m（高于正常蓄水位），考虑到2 个钻孔间距约170 m，钻孔之间的水位变化情况存在一定变数。

（2）副坝右岸山体较矮、较单薄，且冲沟发育，正常蓄水位高程时，山体的水平最薄厚度仅72 m。考虑到山体岩体风化较深，覆盖层及全风化的水平向深度一般达10 m以上，库外边坡侧陡，单薄山体的地下水位具有陡降特性，因此ZKS57～ZKS11 之间山体的地下水位具有陡降的可能。

（3）钻孔ZKS11 岩芯显示岩体完整性差（见图4），岩芯破碎，RQD一般小于50，大部分为11～32，甚至小于10。岩体完整性差会进一步影响地下水位，使ZKS57～ZKS11 之间山体的地下水位具有不确定性。

图4 右岸钻孔岩芯照片Fig.4 Pictures of the drilling cores from the right bank of auxil⁃iary dam

（4）ZKS11孔为长观孔，近年来地下水位比较稳定。自长期观测以来，地下水位基本在728～730 m，一直高于正常蓄水位。

（5）工程开挖后，山体地下水位将进一步下降，下降幅度不大，但右岸山体将可能有更多部位的地下水位低于正常蓄水位。

综上所述，采用上水库蓄水前的地下水位线进行判定，因ZKS57～ZKS11 之间山体地下水位具有不确定因素，但ZKS11孔为长观孔，水位稳定，且最低水位高于正常蓄水位，最终帷幕长度延伸至ZKS11孔附近（见图5）。

图5 右岸防渗设计Fig.5 Design of seepage control of the right bank of auxiliary dam

4 结语

水利工程建设过程中，水库防渗效果不仅直接关系到水利工程的经济效益和社会效益，还影响着大坝的安全稳定运行。以周宁抽水蓄能电站上水库副坝为例，通过工程地质及水文地质条件分析，对坝址区防渗设计进行研究，为该工程的防渗设计提供了参考，也是对防渗设计原则的合理应用，值得推广实践。